産業の心臓部とも言えるコンプレッサーにおいては、高圧ガスや液体を確実にシールすることが、効率的かつ安全な運転に不可欠です。シーリングソリューションには、メカニカルフェイスシールは、特に高速、高圧、そしてクリティカルな用途において、現代のコンプレッサーにとって最適な選択肢として際立っています。このシステムの中核となるのは、精密に調整された2つのシーリングリング（回転リングと固定リング）、しばしば と呼ばれる「シールの顔」
1. コアミッション：ゼロ漏洩封じ込め
主な機能は明白です。
- 媒体の漏れを防ぐ:高圧ガス／液体（冷媒、空気、プロセスガス）がシャフトに沿って漏れるのを防ぎます。漏れは製品の損失、環境への有害物質（有毒ガス／温室効果ガス）、安全リスク（可燃性物質）を引き起こします。
- 汚染物質の排除:外気、湿気、埃、ゴミなどを遮断してください。汚染は腐食（例：潤滑剤の乳化）、部品の摩耗、システム故障につながります。
- 圧力完全性:効率性を高めるために動作圧力を維持してください。漏れがあると圧力が低下し、エネルギー消費が増加します。
- 長寿命:高品質のシールは、高回転、高圧、高温、乾燥運転条件に耐え、ダウンタイムを削減します。
2. 精密工学：流体膜による動的シール
シーリングは、重ね合わせた平面が連動して作動することで実現します。
- 回転/静止ペア: ザ回転リングシャフトと一緒に回転します。固定リングハウジングへの固定。
- ラップ面:超平坦 (λ/2 レーザーグレード) で滑らかなシーリング面がスプリングと油圧で接触します。
- 微細潤滑：2～5µmの流体膜（プロセス流体またはバリア液）が面間に形成され、次の効果が得られます。
- 摩擦を減らす（摩耗を防ぐ）
- シール性を有効にする（流体の粘性が漏れをブロックします）
- 熱を放散する（顔の摩擦から）
- バランスのとれたダイナミクス:バネ荷重により接触が確保され、流体圧力によりフィルムが保持されます。不均衡は故障の原因となります（例：面の歪み、粒子の侵入）。
3. 素材の選択：極限環境に対応する設計
シール面は「硬質 vs. 軟質」の組み合わせ戦略を採用しています。重要な特性は、硬度、耐摩耗性／耐腐食性、熱伝導性、耐熱衝撃性です。
| 素材の種類 | ハードフェイス（通常は固定） | ソフトフェイス（通常は回転） |
|---|---|---|
| 主な材料 | シリコンカーバイド（SiC）: • 焼結（SSiC）：優れた耐腐食性 • 反応結合（RBSiC）：より高い靭性 過酷なサービス（高 P/T、腐食性媒体）に最適です。 | 含浸グラファイト: • 金属充填（Cu/Sb）：導電性の向上 • 樹脂充填：耐薬品性 SiCとの組み合わせに最適です。少量の固形物の埋め込みを許容します。 |
| タングステンカーバイド（WC）: • Ni結合：優れた耐食性 • 共結合：より高い硬度 オイル潤滑式コンプレッサーによく見られます。 | 焼結SiC（SSiC）: ドライガスシール (DGS) または低潤滑性媒体用の「ハード/ハード」ペアで使用されます。 | |
| アルミナセラミック（Al₂O₃）: 低P/T、クリーンなサービスで経済的です。 | 強化PTFE: 低 P/T、高腐食性、非クリティカルなアプリケーションに限定されます。 |
4. ホリスティックデザイン：顔を超えて
シールの信頼性には以下の統合が必要です:
- 二次シール:静的シール用のOリング/Vリング（FKM/EPDM/PTFE）。
- スプリングシステム:一貫した面荷重を実現する耐腐食性合金。
- 圧力バランス:200 psig を超えるアプリケーション向けのバランスの取れた設計。
- シールサポートシステム:冷却/破片制御のためのフラッシュ プラン (API プラン 11/32)。
結論
コンプレッサーのメカニカルシール面は、まさに陰の立役者です。精密エンジニアリングと専用素材を組み合わせることで、スピード、圧力、そしてアグレッシブさという三拍子を完璧にこなし、漏れのない封じ込めを実現しながら、稼働時間と環境安全性を最大限に高めます。
投稿日時: 2025年7月8日